一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115952604A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202310102035.5(22)申请日2023.02.10(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号(72)发明人姬成席光王志恒(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200专利代理师崔方方(51)Int.Cl.G06F30/15(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书3页说明书9页附图5页(54)发明名称一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法(57)摘要本发明公开了一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法，包括获取叶片数据，提取若干条曲面结构线作为叶片中弧线；计算各叶高处的子午厚度分布；计算每条叶片中弧线上任一点所对应的实际法向厚度；计算类椭圆头在叶形线上位置区间；将中弧线离散为若干坐标点；以坐标点为圆心、实际法向厚度为直径绘制厚度圆，与对应中弧线的回转面求交后，得到压力面和吸力面在对应叶高处的坐标点；拟合坐标点，得到压力面和吸力面叶形线；构建NURBS曲面，得到压力面和吸力面。所生成叶片压力面和吸力面的形状由叶片的中性面、椭圆度和厚度定义，无需进行曲面延伸和修建，能够保证各个位置的叶片角符合设计要求，提高叶轮的实际气动性能以及结构强度。CN115952604ACN115952604A权利要求书1/3页1.一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法，其特征在于，包括以下步骤：获取自由曲面叶片中性面数据，在叶片中性面上沿叶高方向提取若干条曲面结构线，将曲面结构线作为叶片中弧线；对每个叶高位置的叶片中弧线通过线性插值计算得到该叶高处的子午厚度分布；通过子午厚度分布和对应的叶片中弧线，计算每条叶片中弧线上任意一点所对应的实际法向厚度；通过叶片中弧线上的实际法向厚度和给定的前缘椭圆度，计算类椭圆头在叶形线上的位置区间；将叶片中弧线离散为若干坐标点，其中类椭圆头对应的叶片中弧线离散的坐标点在压力面或吸力面上生成对应的厚度点时均分类椭圆形线；以离散后得到的坐标点为圆心，以坐标点的实际法向厚度为直径绘制厚度圆，厚度圆与对应叶片中弧线的回转面求交后，得到压力面和吸力面在对应叶高位置的坐标点；在每个叶高位置使用NURBS曲线插值法拟合压力面和吸力面的坐标点，得到对应叶高位置的压力面叶形线和吸力面叶形线；将所有叶高位置的压力面叶形线和吸力面叶形线作为NURBS曲面结构线，构建NURBS曲面，得到叶片的压力面和吸力面。2.如权利要求1所述的一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法，其特征在于，所述曲面结构线的提取包括以下步骤：自由曲面叶片中性面包括四条边缘，分别为叶根、叶顶、前缘和尾缘；将前缘至尾缘方向作为曲面的u方向，将叶顶至叶根方向作为曲面的v方向；沿v方向均匀的提取U条u方向曲面结构线，其中每条曲面结构线的v坐标为定值；将曲面结构线作为对应叶高位置的叶片中弧线，以叶顶为第0层，叶根为第U‑1层。3.如权利要求1所述的一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法，其特征在于，所述叶高处的子午厚度分布通过将叶根厚度分布和叶顶厚度分布计算，将叶根厚度分布和叶顶厚度分布按照相等的归一化子午坐标间隔离散为k个点，根据线性插值计算第i层第j点的厚度值，具体表示为：thk_i(j)＝thk_shroud(j)+i×(thk_hub(j)‑thk_shroud(j))/(U‑1)(1)其中，thk_i(j)表示第i层第j点的厚度值，thk_shroud(j)表示叶顶第j点的厚度值，thk_hub(j)表示叶根第j点的厚度值。4.如权利要求1所述的一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法，其特征在于，所述计算每条叶片中弧线上任意一点所对应的实际法向厚度具体包括以下步骤：将叶片中弧线投影到r‑z子午平面，得到叶片中弧线对应的子午线；给定叶片中弧线上曲线坐标t，得到叶片中弧线上对应的点P坐标为(x(t),y(t),z(t))，将点P投影到r‑z子午平面，得到P′，使用二分法求取子午线上距点P′最近的点Pm及其对应的归一化子午坐标tm；以tm作为点P的归一化子午坐标，通过插值计算得到实际法向厚度，如式(2)所示：ni(t)＝thk_i((k‑1)×tm+1)(2)其中，ni表示每条叶片中弧线上任意一点所对应的实际法向厚度，tm表示对应点的归一2CN115952604A权利要求书2/3页化子午坐标。5.如权利要求4所述的一种基于自由曲面叶片中性面的离心叶轮叶片生成方法，其特征在于，所述得到叶片中弧线对应的子午线具体通过：首先将叶片中弧线均匀离散为N个坐标点；根据每个坐标点的坐标值(x,y,z)计算子午坐标值(r,z)